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航空燃气涡轮发动机 强度设计问题与挑战

2014-04-29古远兴

环球飞行 2014年2期
关键词:发动机环境结构

古远兴

航空燃气涡轮发动机(以下简称发动机)是一个集高温、高速、高压及复杂振动环境于一身的旋转机械产品。如何使一个工作于如此苛刻环境下的高速旋转机械在保证高的可靠性、安全性、经济性、舒适性(低噪声与低振动)以及长寿命的同时,还要具有优良的结构效率?答案是必需依赖于航空燃气涡轮发动机强度设计技术。

发动机强度设计技术包括:1)定量描述发动机整机及其零组件在使用环境及载荷作用下结构变形、动力响应以及疲劳、蠕变、氧化腐蚀、塑性变形、断裂及冲击等损伤行为的理论和方法;2)考虑发动机使用环境、载荷、结构及材料工艺特性及其分散性,在发动机研制和使用的全寿命周期内,赋予发动机结构预期安全性、耐久性和可靠性的设计理论、方法和技术;3)为提高工程设计分析效率所需的发动机强度设计理论、方法和技术。

发动机强度设计技术涉及面广,从整机载荷、整机刚性以及整机振动,到零件的静强度、变形与刚性、稳定性、振动以及寿命,都是发动机强度设计技术必需参与的领域。

因而,作为机械强度设计的一个分支,发动机强度设计是一个费时、耗钱的系统工程,其设计准确性需要大量的、不断提高的设计实践和产品应用作为基础。因此,发动机强度设计技术的成熟与发展与气动、热力学科的发展相比,就更为艰辛漫长。

此外,如陶瓷复合材料、纤维增强复合材料等新材料,以及增材制造技术、激光表面强化以及激光修复技术等新工艺在航空燃气涡轮发动机上的应用,又给强度工程师带来了新的技术挑战。……

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